磁珠的选型
发布日期:2023-10-26
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磁珠的物理模型
铁氧体磁珠(Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰组件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显著。在电路中只要导线穿过它即可。当导线中电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发，其等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个组件的值都与磁珠的长度成比例。磁珠种类很多，制造商应提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加组件阻抗（穿过磁珠次数的平方），不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多，而用多串联几个磁珠的办法会好些。
铁氧体是磁性材料，会因通过电流过大而产生磁饱和，导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠，还要注意其散热措施。铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声（可用于直流和交流输出），还可广泛应用于其它电路，其体积可以做得很小。特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，所以可在这种场合发挥磁珠的作用。铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。
磁珠主要用于抑制EMI差模噪声，它的直流电阻（DCR）很小，高频交流阻抗比较大。常见的600Ω是指磁珠在100MHz信号频率下测得的交流阻抗值。根据不同的应用场景，磁珠可以分为普通型、大电流型和尖峰型。
（1）普通型磁珠。主要用于电流比较小（小于600mA）、无特殊要求的场景。普通型磁珠的直流电阻一般不超过1Ω，交流阻抗范围一般在几欧姆到几千欧姆之间，主要作用是抑制和吸收电磁干扰和射频干扰。
（2）大电流型磁珠。主要用在大电流场景，所以需要严格限制直流电阻，直流电阻一般不超过0.1Ω，交流阻抗也比普通型磁珠要小。
（3）尖峰型磁珠。主要用于对特定频率范围的信号进行衰减，实现选频功能。其交流阻抗在某一频率范围内很高，在其他频率范围很低，呈现带阻特性。
磁珠与电感的区别
1、电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件。电感和磁珠都可以用于滤波，但是机理不一样。电感滤波是将电能转化为磁能，磁能将通过两种方式影响电路：一种方式是重新转换回电能，表现为噪声；一种方式是向外部辐射，表现为EMI（电磁干扰）。而磁珠是将电能转换为热能，不会对电路构成二次干扰。
2、电感在低频段滤波性能较好，但在50MHz以上的频段滤波性能较差；磁珠利用其电阻成分能充分地利用高频噪声，并将之转换为热能已达到彻底消除高频噪声的目的。
3、从EMC（电磁兼容）的层面说，由于磁珠能将高频噪声转换为热能，因此具有非常好的抗辐射功能，是常用的抗EMI器件，常用于用户接口信号线滤波、单板上高速时钟器件的电源滤波等。
4、电感和电容构成低通滤波器时，由于电感和电容都是储能器件，因此两者的配合可能产生自激；磁珠是耗能器件，与电容协同工作时，不会产生自激。
磁珠器主要特性参数
1、直流电阻DCResistance(mohm)：直流电流通过此磁珠时，此磁珠所呈现的电阻值。
2、额定电流RatedCurrent(mA)：表示磁珠正常工作时的最大允许电流。
3、阻抗[Z]@100MHz(ohm)：这里所指的是交流阻抗。
4、阻抗－频率特性：描述阻抗值随频率变化的曲线。
5、电阻－频率特性：描述电阻值随频率变化的曲线
6、感抗－频率特性：描述感抗随频率变化的曲线。
下图为某厂家磁珠特性参数及频率特性曲线：
磁珠的选型
磁珠在选型需要考虑噪声干扰和通流两方面因素。
（1）噪声干扰方面需要考虑噪声的频率和强度。不同型号的磁珠有不同的频率阻抗曲线。在选型时要选择噪声中心频率对应的阻抗较高的磁珠，从而更好地抑制噪声。噪声干扰越大，需要选择阻抗更高的磁珠。但高阻抗磁珠也会对有用信号产生较大的衰减，所以阻抗并不是越高越好，需要综合考虑信噪比。目前没有明确的计算公式和选择标准，需要根据实际效果来选型，一般交流阻抗在120Ω~600Ω之间的磁珠比较常用。例如，要求对于100MHz的、300mVpp的噪声，经过磁珠以后达到50mVpp的水平，假设负载为45Ω，那么就应该选225Ω@100MHz，DCR
（2）通流方面需要考虑额定电流的大小。直流电阻越大的磁珠一般额定电流越小。选型时需要根据实际情况来进行。例如，系统电源的输出电压为3.3V，负载模块的电源输入需要的额定电流为300mA，负载模块的输入电源需要的输入电压不能低于3.0V。该负载模块的电源输入管脚需要选择直流电阻小于1Ω的磁珠，再考虑降额设计，一般选择0.5Ω的磁珠。
所以，磁珠选型时，可以按下列步骤进行。
（1）首先需要确定需要滤除的噪声的频段，然后在这个频段内选择合适的交流阻抗（可以通过仿真得到大概的阻抗范围，仿真模型可以咨询厂商）。
（2）确定该电路通过的最大电流。电路流过的电流决定了磁珠的额定电流，额定电流确定后，就可以根据后级电路需要的电压范围来计算磁珠的DCR范围。
（3）选择封装。封装可以根据单板的布局和结构等实际情况进行选择。但需要注意的是，磁珠的阻抗在加电压后与规格书上的阻抗是有差别的。要正确地选择磁珠，必须注意以下几点。
①不需要的信号的频率范围为多少？
②噪声源是什么？
③需要多大的噪声衰减？
④环境条件是什么（温度、直流电压、结构强度）？
⑤电路和负载阻抗是多少？
最后，磁珠选型时还需要注意降额使用。磁性器件的降额标准如表所示。
磁性器件的降额标准
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